電磁兼容培訓(xùn)膠片線路板設(shè)計

1、楊繼深 2002年4月,PCB的電磁兼容設(shè)計,楊繼深 2002年4月,脈沖信號的頻譜,T,1/d,1/tr,d,tr,諧波幅度 （電壓或電流）,頻率（對數(shù)）,-20dB/dec,-40dB/dec,A,V( or I) = 2A(d+tr)/T V( or I) = 0.64A/Tf V( or I) = 0.2A/Ttrf2,楊繼深 2002年4月,上升沿越陡高頻越豐富,楊繼深 2002年4月,地線和電源線上的噪聲,Q1,Q2,Q3,Q4,R4,R2,R3,R1,VCC,被驅(qū)動電路,ICC,I驅(qū)動,I充電,I放電,Ig,Vg,楊繼深 2002年4月,電源線、地線噪聲電壓波形,輸出,ICC,V

2、CC,Ig,Vg,楊繼深 2002年4月,地線干擾對電路的影響,1,3,2,4,寄生電容,楊繼深 2002年4月,線路板走線的電感,L = 0.002S(2.3lg ( 2S / W ) + 0.5 H,W,S,L = ( L1L2 - M2 ) / ( L1 + L2 - 2M ) 若：L1 = L2 L= ( L1 + M ) / 2,M,I,I,楊繼深 2002年4月,地線網(wǎng)格,楊繼深 2002年4月,電源線噪聲的消除,電源線電感,儲能電容,這個環(huán)路盡量小,楊繼深 2002年4月,電源解耦電容的正確布置,盡量使電源線與地線靠近,楊繼深 2002年4月,解耦電容的選擇,C =,dI dt,

3、dV,Z,f,1/2 LC,各參數(shù)含義： 在時間dt內(nèi)，電源線上出現(xiàn)了瞬間電流dI，dI導(dǎo)致了電源線上出現(xiàn)電壓跌落dV。,楊繼深 2002年4月,增強(qiáng)解耦效果的方法,電源,地,鐵氧體,注意鐵氧體安裝的位置,接地線面,細(xì)線,粗線,用鐵氧體增加電源端阻抗,用細(xì)線增加電源端阻抗,楊繼深 2002年4月,多個電容并聯(lián)加強(qiáng)解耦效果,楊繼深 2002年4月,線路板的兩種輻射機(jī)理,差模輻射,共模輻射,電流環(huán),桿天線,楊繼深 2002年4月,電流環(huán)路產(chǎn)生的輻射,近場區(qū)內(nèi): H = IA / (4D3) A/m E = Z0IA / (2D2) V/m ZW = Z0（2D/） 遠(yuǎn)場區(qū)內(nèi): H = IA / (

4、 2D) A/m E = Z0 IA / ( 2D) V/m ZW = Z0 = 377 ,A,I,隨頻率、距離增加而增加,Z0,f、D,楊繼深 2002年4月,導(dǎo)線的輻射,近場區(qū)內(nèi): H = I L / (4D2) A/m E = Z0I L / (8 2 D3) V/m ZW = Z0（/2D） 遠(yuǎn)場區(qū)內(nèi): H = I L / (2 D) A/m E = Z0 I L / (2 D) V/m,I,L,隨頻率、距離增加而減小,Z0,f、D,楊繼深 2002年4月,實際電路的輻射,ZG,ZL,V,ZC = ZG + ZL,近場：ZC 7.9 D f E = 7.96VA / D3 （V/m）

5、ZC 7.9 D f ， E = 63 I A f / D2 （ V/m） H = 7.96IA / D3 （ A/m） 遠(yuǎn)場： E = 1.3 I A f 2 /D （ V/m）,環(huán)路面積 = A,I,楊繼深 2002年4月,常用的差模輻射預(yù)測公式,考慮地面反射時： E = 2.6 I A f 2 /D （ V/m）,楊繼深 2002年4月,脈沖信號差模輻射的頻譜,頻譜包絡(luò)線,差模輻射頻率特性線,脈沖的差模輻射包絡(luò)線,1/d 1/tr,40dB/dec,f,f,f,- 20dB/dec,- 40dB/dec,E = 2.6 I A f 2 /D EdB = 20lg（2.6 I A /D）

6、+40lg f,40dB/dec,20dB/dec,楊繼深 2002年4月,不同邏輯電路為了滿足EMI指標(biāo)要求所允許的環(huán)路面積,僅代表了一個環(huán)路的輻射情況，若有N個環(huán)路輻射，乘以 N 。因此，可能時，分散時鐘頻率。,楊繼深 2002年4月,如何減小差模輻射？,E = 2.6 I A f 2 / D,低通濾波器,布線,楊繼深 2002年4月,電路中的強(qiáng)輻射信號,1 10 100 1000,1 10 100 1000,dBV/m,dBV/m,所有電路加電工作,只有時鐘電路加電工作,楊繼深 2002年4月,電流回路的阻抗,L,R,I,Z = R + jL L = / I A,楊繼深 2002年4月,

7、單層或雙層板如何減小環(huán)路的面積,楊繼深 2002年4月,不良布線舉例,68HC11,74HC00,A,B,連接A、B,E時鐘,楊繼深 2002年4月,隨便設(shè)置的地線沒有用,楊繼深 2002年4月,多層板能減小輻射,信號1,電源層,地線層,信號2,低頻,高頻,DC0.5 1 10 100 1G,1,10,地線面的阻抗，m/ 平方,地線面具有很小的地線阻抗,楊繼深 2002年4月,地線面上的縫隙的影響,模擬地,數(shù)字地,A/D變換器,L,75mm,25mm,L : 0 10cm VAB : 15 75mV,A,B,楊繼深 2002年4月,過孔的阻抗,1.5mm,PGA 128-pin,C/4,PGA

8、,10,100,1,0.1,nH/cm,25 50 75 100,與過孔之間的距離 mm,楊繼深 2002年4月,線路板邊緣的一些問題,關(guān)鍵線（時鐘、射頻等）,產(chǎn)生較強(qiáng)輻射,無地線,電源層,地線層,20H,楊繼深 2002年4月,扁平電纜的使用,地線,一部分信號回流經(jīng)過ABCD,A,B,C,D,最好,較好,差,較好，但端接困難,扁平電纜,這兩處都有地線,楊繼深 2002年4月,注意隱蔽的輻射環(huán)路,電源/地線,信號線,電源/地線,信號線,電源,信號線+電源+地線,電源/地線,電源,楊繼深 2002年4月,環(huán)路對消概念減小輻射,楊繼深 2002年4月,時鐘線避免換層,？,楊繼深 2002年4月,外

9、拖電纜的共模輻射,L,I2,H,CP,I3,I1,CP,VCM,機(jī)箱內(nèi)的所有信號都會通過電纜輻射！,楊繼深 2002年4月,兩端設(shè)備都接地的情況,L,CP,ICM,RW,RW,L,ZCM = RW + jL+RL+1/ jC,楊繼深 2002年4月,懸浮電纜,ICM,近場區(qū)內(nèi): E = 1430I L / (f D3) V/m 遠(yuǎn)場區(qū)內(nèi): E = 0.63 I L f / D V/m 考慮地面反射： E = 1.26 I L f / D V/m L /2或/4時： E = 120I / D V/m,電纜長度：L,楊繼深 2002年4月,共模電流的測量,電流卡鉗,頻譜分析儀,VdBV,ICM,被

10、測電流 I,V,傳輸阻抗：ZT = V / I,楊繼深 2002年4月,怎樣減小共模輻射,E = 1.26 I L f / D,共模濾波 共模扼流圈 減小共模電壓,使用盡量短的電纜,共模濾波,電纜屏蔽,楊繼深 2002年4月,平衡接口電路,+Vcc,-Vcc,+V,-V,Z0/2,Z0/2,楊繼深 2002年4月,增加共?；芈返淖杩?PCB,PCB,共?；芈?改善量 = 20lg(E1 / E2) = 20lg ( ICM1 / ICM2 ) = 20lg(VCM / ZCM1) / (VCM / ZCM2) =20 lg ( ZCM2 / ZCM1) =20 lg ( 1+ ZL / ZCM

11、1 ) dB,楊繼深 2002年4月,鐵氧體磁環(huán)使用方面的一些問題,1 10 100 1000,125,4500,1250,600,300個,30個,0.1 1 10 100 1000,匝,1匝,無偏置,有偏置,楊繼深 2002年4月,I/O接口布線的一些要點,干凈區(qū)域,濾波電容,電源線連接,地線連接,信號濾波器,隔離變壓器/光耦隔離器,橋,壕溝,時鐘電路、高速電路,楊繼深 2002年4月,濾波器電容量的選擇,R負(fù)載,R源,電容合適,電容過大,楊繼深 2002年4月,用屏蔽電纜抑制共模輻射,CM,CM,DM,CM,CM,楊繼深 2002年4月,屏蔽電纜的評估,CM,CM,DM,V,輻射環(huán)路,V,I,ZT = V / I,楊繼深 2002年4月,不同屏蔽層的傳輸阻抗,102 103 104 105 106 107 108,0.001,0.01,0.1,1,10,100,1000,10000,傳輸阻抗（m /m）,Hz,鋁箔,單層編織,最佳單層編織,雙層編織,雙層編織 + 一層金屬,雙層編織 + 雙層金屬,實心銅,楊繼深 2002年4月,屏蔽層的錯誤接法,CM,楊繼深 2002年4月,電纜屏蔽層的正確端接,利用機(jī)械力將 屏蔽層壓緊,金屬連接器護(hù)套,指形簧片,護(hù)套與屏蔽層端接,導(dǎo)電彈